Tehnička kultura i micro:bit - 6. razred

Uputa za učitelje

Iskorištavanje energije vode

Elektroničke i programske mogućnosti micro:bita ćemo iskoristiti u vježbi vodenog kola kao pokus za dokazivanje pretvorbe energije vode u energiju gibanja.

Napomena: ovaj materijal je u postupku recenzije.

Korištenje s učenicima

Predmet  Tehnička kultura
Razred 6., osnovna škola
Polugodište  2.
Nastavna cjelina Energetika
 Tema Iskorištavanje energije vode
Ključne riječi  Načini korištenja energije vode, vodno kolo, obnovljivi izvori energije
Ideja i izrada materijala  Jozo Pivac

Micro:bit možemo upotrijebiti zajedno s vježbom iz tehničke kutije „Model vodnog kola“. Micro:bit ćemo iskoristiti u vježbi vodnog kola kao dodatno sredstvo ili pomagalo za mjerljivije i zornije prikazivanje iskoristivosti energije vode za obavljanje određenog rada.

Micro:bit povezan preko konopca sa vratilom vodnog kola će prikazivati vrijeme obavljanja određenog rada. Također pomoću ravnala ili mjerne vrpce možemo mjeriti i duljinu prijeđenog puta za vrijeme obavljanja određenog rada.

Vježba A

U prvoj vježbi učenici nakon što slože model vodnog kola konopcem povezuju micro:bit sa vratilom vodnog kola. Nakon toga pripremaju izvor energije vode (npr. plastična boca napunjena vodom) te prolijevaju vodu okomito na lopatice vodnog kola. Pri tome uočavaju nastale okretaje vodnog kola i pokretanje micro:bita. Učenici vježbu mogu izvoditi samostalno, u paru ili uz pomoć nastavnika.

Vježba B

U drugoj vježbi učenici povećavaju  količinu vode u boci te ovisno o tome bilježe povećavanje vremena obavljanja određenog  rada. Učenici vježbu mogu izvoditi samostalno, u paru ili uz pomoć nastavnika.

Primjer tablice za upisivanje mjerenja;

Količina vode 2 dcl 5 dcl 7dcl
Vrijeme (s)

Vježba C

U trećoj vježbi najmotiviraniji učenici mogu mjeriti kako smanjiti utrošeno vrijeme potrebno za obavljanje određenog rada. Podizanjem visine pada vode dobivamo brže okretanje vodnog kola te se određeni rad i prijeđeni put obavi za manje vremena. Podižemo visinu pada vode te mjerimo potrebno vrijeme da micro:bit pređe put od 20 cm.

Vodite računa da se u vježbi mjereni put od 20 cm i količina vode ne mijenja. Jedino što mijenjate je visina pada vode.

Primjer tablice za upisivanje mjerenja;

Visina pada 20 cm 30 cm 50 cm
Vrijeme (s)      

 

Za kraj ukoliko vam ostane vremena možete među učenicima provesti malo natjecanje u kojem će učenici pokušati u što bržem vremenu postići da micro:bit obavi određeni rad. Poticati ih da budu inovativni, kreativni u svojim namjerama i idejama te da razvijaju svoje vještine učeći na greškama i pokušajima.

Senzor ima mogućnost mjerenja promjene položaja prema osima prikazanim na donjoj slici.

U programu koristimo promjene gibanja u smjeru y-osi, međutim za neka preciznija i složenija mjerenja mogu se koristiti u programu izračuni za istovremeno sve tri osi (x, y i z).

Radi preciznijih mjerenja preporučljivo je koristiti malo hrapavije površine podloga, poput drvenih radnih ploha te izbjegavati glatke i staklaste podloge.

U nastavku pogledajte upute za izradu programa ili ga odmah isprobajte i preuzmite.

Upute za izradu programa

Izradimo program pomoću kojeg možemo mjeriti vrijeme gibanja micro:bit-a. Usput naučimo nešto o akcelerometru, malom senzoru urađenom u donjem lijevom djelu micro:bit pločice koji reagira na male vibracije i promjene položaja i nagiba po x,y i z osi.

Program će raditi čim se pokrene micro:bit te će mjeriti pomoću senzora akcelerometra i najmanje promjene gibanja micro:bita. Mjerenje promjena gibanja će se mjeriti u smjeru y-osi u vremenskim razmacima od 100 mikro sekundi. Ukoliko se u definiranom vremenu ne zabilježe promjene program resetira micro:bit i program se izvodi iz početka sve dok se ne zabilježi određeno gibanje ili vibracije. Ukoliko se zabilježi gibanje i dokle je ono stalno bez prekida i zaustavljanja na displeju se ispisuje vrijeme gibanja micro:bita u sekundama.

Program se izrađuje u Microbit Editoru, https://makecode.microbit.org/ .

Iz skupine naredbi Input izaberemo acceleration (mg) naredbu. Naredba acceleration mjeri promjene gibanja i položaja micro:bit-a prema njegovim x,y i z osima.

Pošto mjerimo pravocrtno gibanje micro:bit-a u smjeru njegove y – osi iz padajućeg izbornika same naredbe izabrat ćemo umjesto osi x, os y.

One vrijednosti koje program naredbom acceleration bude učitavao pohranjivat ćemo u varijablu koju ćemo kreirati u skupini naredbi Variables pozivajući naredbu Make a variable. Zatim u ponuđeno polje upišimo ime nove varijable, u našem slučaju neka bude „y“, te kliknemo na OK. Nakon toga, svakim ponovnim klikom na skupinu Variables, jedna od ponuđenih varijabli bit će upravo “y”.

Pošto varijabla „y“ poprima određene vrijednosti učitanih veličina akceleracije, potrebno je iz skupine Variables izabrati naredbu set item to 0. U njoj ćemo izvršiti dvije izmjene. Prvo kliknemo na strelicu pokraj ITEM i izaberemo našu varijablu “y”. Drugo, u polje sa vrijednosti “0” dovući ćemo i otpustiti naredbu acceleration (mg)  koju smo već odabrali.

Sada smo omogućili da se u varijablu „y“ pohranjuju trenutne vrijednosti akceleracija uz y os.

Program nam treba mjeriti promjene u akceleraciji te da bi smo postigli takvo mjerenje moramo uspoređivati dvije vrijednosti veličina akceleracije u određenim vremenskim razmacima. Jednu veličinu akceleraciji zapisujemo u varijabli „y“, a za drugu veličinu akceleracije moramo kreirati novu varijablu. Ponovimo postupak kreiranja varijable kao i prethodnom primjeru za varijablu „y“,  (sada varijabla „y1“) i pridružimo joj također naredbom set item to 0 vrijednost izmjerene akceleracije, naredba acceleration (mg) y.

Možemo prvo kreirati novu varijablu „y1“, a zatim kliknuti desnom tipkom miša na trenutno definiranu varijablu u programu i izabrati DUPLICATE te tako kopirati istu naredbu.

Zatim iz padajućeg izbornika promijenimo naziv varijable u „y1“.

Kao što smo maloprije naveli trebamo definirati vremenski razmak između mjerenih vrijednosti. U skupini naredbi Basic odaberimo naredbu pause (ms) i odvucimo je između naredbi varijabli.

Postavimo da svako 100 mili sekundi program zapisuje veličine akceleracije micro:bit-a u definirane varijable, redom „y“ i „y1“.

Sljedeće što trebamo postaviti je uvjet koji će ispitivati da li su nastale promjene u gibanju unutar 100 milisekundi. To ćemo postići tako da iz skupine naredbi Logic izaberemo naredbu IF-THEN-ELSE. If-then-else naredba ispituje da li je neki definirani uvjet zadovoljen ili ne. Ukoliko je uvjet zadovoljen ispod THEN dijela odabiremo naredbe koje će se u tom slučaju izvršavati. Ukoliko uvjet nije zadovoljen ispod dijela naredbe ELSE pozivamo naredbe koje će se u tom slučaju izvršavati.

Ono što prvo trebamo je definirati uvjet kojim želimo ispitivati giba li se micro:bit  ili miruje. Ukoliko se micro:bit giba vrijednosti veličina akceleracije će biti različito zapisane u varijablama „y“ i „y2“ u definiranom vremenskom razmaku. Ukoliko micro:bit nema promjene gibanja tj. u stanju je mirovanja, vrijednosti veličina akceleracije će biti jednake u varijablama „y“ i „y2“.

Za uspoređivanje vrijednosti varijabli iz skupine naredbi Logic izaberimo naredbu za uspoređivanje veličina dviju vrijednosti.

Zatim u polja za uspoređivanje vrijednosti iz skupine naredbi Variables odvucite varijable „y“ i „y1“. Pošto uvjetom ispitujemo različitost dviju vrijednosti iz padajućeg izbornika izaberemo znak za različito.

Uvjet ispitivanja sada odvučemo desno od IF djela naredbe u polje „true“.

Sada trebamo definirati naredbe koje će se izvoditi ukoliko je zadani uvjet ispunjen, što znači da se micro:bit giba. Dok se micro:bit giba želimo da se na displeju (ekranu) micro:bit-a ispisuje vrijeme njegovog gibanja u sekundama. Pošto vrijeme ima brojčanu vrijednost iz skupine naredbi Basic izaberimo naredbu show number te je odvucimo desno od THEN dijela naredbe.

Ukoliko bi ovako ostavili na displeju bi se ispisao broj „0“, a pošto nama treba vrijeme od pokretanja micro:bit-a, izaberimo iz skupine naredbi Input – MORE naredbu running (ms). Running (ms) naredba je u mili sekundama, a da bi dobili sekunde moramo napraviti pretvorbu pomoću naredbe dijeljenja iz skupine naredbi Math.

Zatim u lijevo polje odvucimo naredbu running (ms), a u desno polje upišimo broj 1000.

Ovakvim dijeljenjem dobit ćemo pretvorbu vremena iz milisekundi u sekunde.

Sada odvucimo prethodnu naredbu u polje naredbe show number kao bi nam se na displeju prikazivalo vrijeme.

Sada definirajmo naredbe ukoliko uvjet nije zadovoljen tj. ukoliko su vrijednosti varijabli „y“ i „y1“ jednake. Ukoliko su vrijednosti varijabli jednake znači da je micro:bit u stanju mirovanja, a u tom slučaju ne želimo da se na displeju ispisuje vrijeme. Važno je da dokle micro:bit miruje da se ne računa vrijeme mirovanja već samo vrijeme od kada se micro:bit počeo gibati. Također ukoliko se zaustavi te se nakon nekog vremena ponovo počne gibati ne želimo da se mjeri sveukupno vrijeme nego samo vrijeme dok se giba. To ćemo postići pozivajući naredbu reset koja će svaki put resetirati micro:bit i program ukoliko uvjet gibanja nije zadovoljen. Tako dobivamo da svaki put vrijeme gibanja kreće od nulte sekunde. Naredba reset nam je važna jer running time (ms) naredba mjeri vrijeme od kada se micro:bit uključi, a mi zapravo želimo da mjeri vrijeme od kada je uvjet ispunjen tj. od kada se micro:bit krene gibati.

Naredba reset se nalazi u skupine naredbi Advanced – CONTROL.

Program bi trebao stalno upisivati nove vrijednosti u varijable, ispitivati uvjet te izvršavati naredbe ovisno o stanju uvjeta, stoga sve ove naredbe trebamo odvući u naredbu (petlju) forever.

Uživajte u učenju s micro:bitom! 🙂

Link za preuzimanje

Link za preuzimanje hex. datoteke s gotovim programom za micro:bit je ovdje.

Nešto vam nije jasno u programu? Pogledajte u našim uputama što vas zanima.